半導体に過飽和に固溶させた金属の析出を用いた自己組織化ナノ構造の形成

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これまで金属の蒸着源としてタングステンバスケットやるつぼを用いていたが、蒸着レートが低いこともあり、高温に保った基板に蒸着させることは難しかった。そこで、基板を高温に保ったまま金属を蒸着させる手法として、もっと蒸着レートの高い電子ビーム蒸着を用いた。その結果、高速電子線回折法で蒸着された基板を観察したところ、基板表面に微結晶が形成された時に特有の透過パターンが観察された。電子顕微鏡を用いて形成された微結晶を詳細に観察・解析したところ、結晶性の良い立方晶のシリコンカーバイドの微結晶が形成されていることが判った。シリコンカーバイドは化学的安定性、高い電子移動度、高い熱伝導率および機械的強度が高いという優れた特性をもつ直接遷移半導体である。一方、人工的にナノメートルサイズの構造物を作製することは、将来のナノデバイス作製への応用が期待されることから、科学的にも工業的にも注目されている。したがって、ナノメートルサイズのシリコンカーバイドは将来の高性能デバイス作製のための重要な材料になりうると考えられる。今回の実験において、シリコンカーバイドが形成される時にカーボンの供給源になったものは、電子ビーム蒸着の際のカーボンのるつぼであると推定できた。そこで、金属の蒸着をひとまず保留し、ナノメートサイズのシリコンカーバイド微結晶の生成に目を向けた。蒸着材料としては高純度のグラファイトカーボンを用い、基板温度などの条件は同じにしてカーボンを蒸着した結果、粒径が約100nmのシリコンカーバイドのナノ粒子が、前処理をしていないSi(100)基板上においてもエピタキシャル成長して形成されることを見出した。この成果は、8^<th>Asia-Pacific Conference on Electron Microscopyにて発表する。